Презентация "Измерение информации. Содержательный подход" 10 класс


Подписи к слайдам:
Слайд 1

Измерение информации. Содержательный подход.

Выполнил ученик 11«А» класса МБОУ «ВШ №22»

Пассар Дмитрий

Учитель Щанкина Наталья Валерьевна

С позиции содержательного подхода к измерению информации решается вопрос о количестве информации в сообщении, получаемом человеком. Рассматривается следующая ситуация:

1) человек получает сообщение о некотором событии; при этом заранее известна неопределенность знания человека об ожидаемом событии. Неопределенность знания может быть выражена либо числом возможных вариантов события, либо вероятностью ожидаемых вариантов события; 2) в результате получения сообщения неопределенность знания снимается: из некоторого возможного количества вариантов оказался выбранным один; 3) по формуле вычисляется количество информации в полученном сообщении, выраженное в битах.

Формула, используемая для вычисления количества информации, зависит от ситуаций, которых может быть две:

  • 1. Все возможные варианты события равновероятны. Их число конечно и равно N.
  • 2. Вероятности (p) возможных вариантов события разные и они заранее известны:
  • {pi}, i = 1..N. Здесь по-прежнему N — число возможных вариантов события.

Равновероятные события. Если обозначить буквой i количество информации в сообщении о том, что произошло одно из N равновероятных событий, то величины i и N связаны между собой формулой Хартли:

2i = N

1 бит — это количество информации в сообщении об одном из двух равновероятных событий.

Формула Хартли — это показательное уравнение. Если i — неизвестная величина, то решением данного уравнения будет:

i = log2N

Данные формулы тождественны друг другу.

Рассмотрим несколько примеров:

  • Пример 1. Сколько информации содержит сообщение о том, что из колоды карт достали даму пик?

Решение: В колоде 32 карты. В перемешанной колоде выпадение любой карты — равновероятные события. Если i — количество информации в сообщении о том, что выпала конкретная карта (например, дама пик), то из уравнения Хартли:

2i = 32 = 25

Отсюда: i = 5 бит.

Пример 2. Сколько информации содержит сообщение о выпадении грани с числом 3 на шестигранном игральном кубике?

  • Пример 2. Сколько информации содержит сообщение о выпадении грани с числом 3 на шестигранном игральном кубике?

Решение: Считая выпадение любой грани событием равновероятным, запишем формулу Хартли:

2i = 6.

Отсюда: i = log26 = 2,58496 бит.

Неравновероятные события (вероятностный подход). Если вероятность некоторого события равна p, а i (бит) — это количество информации в сообщении о том, что произошло это событие, то данные величины связаны между собой формулой:

2i = 1/p  

Решая данное показательное уравнение относительно i, получаем:

i = log2(1/p) формула Шеннона

Качественный подход

  • Информация — это знания людей, получаемые ими из различных сообщений.
  • Сообщение — это информационный поток (поток данных), который в процессе передачи информации поступает к принимающему его субъекту.

Сообщение

Информативные сообщение, которое пополняет знания человека, т.е. несет для него информацию.

Неинформативные сведения “старые”, т.е. человек это уже знает, или содержание сообщения непонятно человеку

Количественный подход в приближении равновероятности

События равновероятны, если ни одно из них не имеет преимущества перед другими.

Рассмотрим на примере. «Сколько информации несет сообщение о результате бросания шестигранного кубика?» Из уравнения Хартли: 2i = 6.

Поскольку 22 < 6 < 23, следовательно, 2 < i < 3.

Затем определяем более точное значение (с точностью до пяти знаков после запятой), что i = 2,58496 бит. Отметить, что при данном подходе количество информации может быть выражено дробной величиной.

Вероятностный подход к измерению информации

Вероятность некоторого события — это величина, которая может принимать значения от нуля до единицы.

Вероятность невозможного события равна нулю

(например: «завтра Солнце не взойдет над горизонтом»)

Вероятность достоверного события равна единице

(например: «Завтра солнце взойдет над горизонтом»).

Вероятность некоторого события определяется путем многократных наблюдений (измерений, испытаний). Такие измерения называют статистическими. И чем большее количество измерений выполнено, тем точнее определяется вероятность события.

Рассмотрим несколько примеров:

Пример 3. На автобусной остановке останавливаются два маршрута автобусов: № 5 и № 7. Ученику дано задание: определить, сколько информации содержит сообщение о том, что к остановке подошел автобус № 5, и сколько информации в сообщении о том, что подошел автобус № 7.

Решение: Ученик провел исследование. В течение всего рабочего дня он подсчитал, что к остановке автобусы подходили 100 раз. Из них — 25 раз подходил автобус № 5 и 75 раз подходил автобус № 7. Сделав предположение, что с такой же частотой автобусы ходят и в другие дни, ученик вычислил вероятность появления на остановке автобуса № 5: p5 = 25/100 = 1/4, и вероятность появления автобуса № 7: p7 = 75/100 = 3/4.

Отсюда, количество информации в сообщении об автобусе № 5 равно: i5 = log24 = 2 бита. Количество информации в сообщении об автобусе № 7 равно:

i7 = log2(4/3) = log24 – log23 =  2 – 1,58496 = 0,41504 бита.

Пример 4. Рассмотрим другой вариант задачи об автобусах. На остановке останавливаются автобусы № 5 и № 7. Сообщение о том, что к остановке подошел автобус № 5, несет 4 бита информации. Вероятность появления на остановке автобуса с № 7 в два раза меньше, чем вероятность появления автобуса № 5. Сколько бит информации несет сообщение о появлении на остановке автобуса № 7?

Решение: Запишем условие задачи в следующем виде:

i5 = 4 бита, p5 = 2 · p7

Вспомним связь между вероятностью и количеством информации: 2i = 1/p

Отсюда: p = 2–i

Подставляя в равенство из условия задачи, получим:

Отсюда:

Из полученного результата следует вывод: уменьшение вероятности события в 2 раза увеличивает информативность сообщения о нем на 1 бит. Очевидно и обратное правило: увеличение вероятности события в 2 раза уменьшает информативность сообщения о нем на 1 бит. Зная эти правила, предыдущую задачу можно было решить «в уме».